浅析高考物理实验给定器件结构类设计电路问题.doc

浅析高考物理实验给定器件结构类设计电路问题 高考物理屮给定器件结构设计电路类的实验题，一般属于实际应用型，在生产、生活和现代科技屮，以解决某一实际问题为背景材料，常常给出部分电路原理框图或器件模型结构等，依给定的条件设计出和应的电路原理图。要求考生能结合给定的设计H的，依给定的器材设计出相应的电路。现以2009年高考物理实验试题为例浅析如下。 一、2009年山东省高考物理23题第2小j 为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开头可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的冗件（照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为Lx） o某光敏电阻Rp在不同照度下的阻值如下表： 照明系统庄制开关1 照明系统 庄制开关 1 14 42 照度（1X） 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1. 0 1. 2 电阻（kC） 75 40 28 23 20 18 根据表屮数据，请在给定的坐标系（见图2）屮描绘出阻值随照度变化的 曲线，并说明阻值随照度变化的特点。 如图1所示，半1、2两端所加电压上升至2V吋，控制开关自动启动照明 系统，请利用下列器材设计一个简单电路。给1、2两端提供电压，要求当天色 渐暗照度降低至1. 0 （lx）时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。（不 考虑控制开关对所设计电路的影响）提供的器材如下: 光敏电源E（电动势3V,内阻不计）；定值电阻:R.=10k , R2=20k, R3=40k （限选其中之一并在图中标出）开关S （限选其中之一并在图中标出） 开关S及导线若干。 根据给定的光敏电阻随温度变化数据表，将各点标在所给的坐标系屮，最 后用光滑曲线将各点连接起来，即得到光敏电阻的阻值随光照变化的曲线（图 3）。由所描绘的曲线可以看岀阻值随照度变化特点：光敏电阻的阻值随光照强 度的增大非线性减小。 因题H屮给出光敏电源E （电动势3V,内阻不计）和三个供选择的定值电 阻。条件是①当1、2沏端所加电压上升至2V吋，控制开关自动启动照明系统。 ②给1、2两端提供电压，要求当天色渐喑照度降低至1. 0 （lx）吋启动照明系 统。所以电路屮应该串联上一个分压电阻。由给定的光敏电阻随温度变化数据表 可知，此时光敏电阻阻值为20k ?。根据分压电路特点可求得分压电阴为R-io k八。所以选样Ri 作为分压 电阻。依给定的方框图可设计其电路原理图如图4所示。 说明：这是给定原理框图补充完成电路原理图类问题，主要考查学牛在一定的情景条件下，依给定的器材设计电路的基本能力。 二、2009年四川省高考物理第22题第1小题 在弹性限度内，弹簧弹力的大小与弹簧伸长（或缩短）的长度的比值，叫做 弹簧的劲度系数。为了测量一轻弹簧的劲度系数，某同学进行了如下实验设计： 如图5所示，将两平行金属导轨水平固定在竖直向下的匀强磁场屮，金属杆乩 与导轨接触良好，水平放置的轻弹簧一端固定于0点，另一?端与金属杆连接并保 持绝缘。在金属杆滑动的过程屮，弹簧与金属杆、金属杆与导轨均保持垂直，弹 簧的形变始终在弹性限度内，通过减小金属杆与导轨之间的摩擦和在弹簧的形变 较大吋读数等方法，使摩擦对实验结果的影响可忽略不计。 请你按要求帮助该同学解决实验所涉及的两个问题。 ①帮助该同学完成实验设计。请你用低床直流电源（T-）、滑动变阻器（◎-）、电流表（?）、开关（^-）设计一电路图，画在图屮虚线框内，并正确连在导轨的C、D两端。 ②若己知导轨间的距离为d,匀强磁场的磁感应强度为B,正确连接电路后, 闭合开关，使金属杆随挡板缓慢移动，半移开挡板且金展杆静止时，测出通过金 属杆的电流为I”记下金属杆的位置，断开开关，测出弹簧对应的长度为X改 变滑动变阻器的阻值，再次让金属杆静止时，测出通过金展杆的电流为L,弹簧 对应的长度为恐，则弹簧的劲度系数k二 o 解析： ①题屮只给出了器材（低压直流电源E、滑动变阻器R、电流表、开关S）, 没有限定条件。原则上只要电路能正常工作且电流表测量的是通过ab的电流， 电路设计就算正确。依题意只要将器材出接在CD两点Z间即可，如图6所示。 图6 ②方法一：设弹簧原长为5,由胡克定律有K （X-Lo） =BLd. K （X2-Lo） = BI2d,解得K= 巧-巧o 竺民（D 方法二：根据胡克定律F=KX,可得AF=KAX,贝lj K= = 石■巧。 说明：这是给定物理模型，并将它应用到科学探究实验屮的一个实例。要求 用给定器材，联系实际设计实验电路图。 三、2009年宁夏高考物理试题第23题 34m片点 3 4 m片点 ?铁片电磁铁. 励破线圈 勿册％绝缘支架 电磁开关内部结构图 光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照 射光较强（如白天）